故障诊断与状态监测
设备状态监测及故障诊断综述
设备状态监测与故障诊断综述：摘要从设备管理的角度，介绍了典型的设备状态监测与故障诊断的诊断理论、技术手段和具体方法。
首先对设备状态监测与故障诊断的意义、开展，根底理论和现状进展了介绍，阐述了设备状态监测、故障诊断与设备管理的关系。
进而对振动监测、温度检测、无损检测等根本监测手段的原理及诊断方法。
关键字：状态监测；故障诊断；振动；设备1设备状态监测和故障诊断概述1.1设备状态监测和故障诊断的意义和开展历史1.1.1设备故障及故障诊断的意义随着现代化工业的开展，设备能否平安可靠地以最正确状态运行，对于确保产品质量、提高企业生产能力、保障平安生产都具有十分重要的意义。
设备的故障就是指设备在规定时间内、规定条件下丧失规定功能的状况，通常这种故障是从*一零部件的失效引起的。
设备的故障诊断则是发现并确定故障的部位和性质。
寻找故障的起因，预报故障的趋势并提出相应的对策。
1.1.2 设备故障诊断技术开展历史设备故障诊断技术的开展是与设备的维修方式严密相连的。
可以将故障诊断技术按测试手段分为六个阶段，即感官诊断、简易诊断、综合诊断、在线监测、精细诊断和远程监测。
从时间考察，故障诊断技术大致可以分为20世纪60年代以前、60年代到80年代和80年代以后几个阶段。
1.2现代设备故障诊断技术在故障诊断学建立之前，传统的故障诊断方法主要是依靠经历的积累。
将反映设备故障的特殊信号，从信息论角度出发对其进展分析，是现代设备故障诊断技术的特点。
可以分为统计诊断、逻辑诊断、模糊诊断。
其中有几种方法做简单的介绍。
贝叶斯法,此方法是基于概率统计的推理方法，以概率密度函数为根底，综合设备的故障信息来描述设备的运行状态，进展故障分析。
此外还有最大似然法、时间序列、法灰色系统法和故障树分析法。
故障树分析法模型是一个基于被诊断对象构造、功能特性的行为模型，是一种定性的因果模型。
1.3基于知识的故障诊断方法基于知识的故障诊断方法，不需要待测对象准确的数学模型，而且具有智能特性。
设备状态监测与故障诊断
1.设备监测目的意义保障设备安全，防止突发故障。
保障设备精度，提高产品质量和经济效益。
推进设计理念和维修制度的革新。
避免设备事故、人员伤亡、环境污染。
维护社会稳定。
2.故障分类按故障对机械工作能力的影响分类：完全性故障局部性故障按故障发生速度及演变过程分类：突发性故障渐进性故障按其发生的原因分类：磨损性故障错用性故障先天性故障按造成的后果分类：危害性故障安全性故障3.故障规律浴盆曲线：磨合期，正常使用期，耗损期4.故障发生的原因宏观上分析1.设计错误2 原材料缺陷3 制造过程的缺陷4 运转缺陷微观上分析：疲劳，磨损，断裂，腐蚀5.零件磨损的一般规律磨合阶段，正常磨损阶段，急剧磨损阶段6.零件变形失效塑性变形失效，弹性变形失效，蠕变变形失效，翘曲变形失效7.断裂失效塑性断裂，脆性断裂8.状态监测与故障诊断的技术方法1.振动、噪声诊断技术2. 油液分析技术3. 温度检测技术4. 无损检测技术9.振动的危害降低机器及仪表的精度,引起机械设备及土木结构的破坏10.机械振动的分类按振动系统本身的特点分类: 离散系统连续系统按振动系统所受的激励类型分类: 自由振动强迫振动自激振动参数振动按系统的响应（振动规律）分类: 确定性振动随机振动按描述系统运动的微分方程分类:线性振动非线性振动11.机械振动要研究的内容和步骤1. 建立物理力学模型2.建立数学模型3.方程的求解4.结果的阐述12. 随机振动非确定而又具有统计规律，它们的规律不能用时间的确定性函数来描述，但又具有一定的统计规律性。
平稳随机过程与各态历经过程13. 自相关函数∑=∞→+=+nk k k Tx t x t x n t t R 11111)()(1),(lim ττ同一点不同的两个时间函数乘积称为随机过程 X(t)于时刻 t 1与 t 1+ τ的自相关函数。
它是时差 的函数，在一般情况下，它也依赖于采样时刻 t 1，反映这两个时刻的随机变量的X k （t 1）与X （t1+τ）统计联系。
电气设备状态监测与故障诊断
电气设备状态监测与故障诊断1 前言1.1 状态监测与故障诊断技术的含义电气设备在运行中受到电、热、机械、环境等各种因素的作用，其性能逐渐劣化，最终导致故障。
特别是电气设备中的绝缘介质，大多为有机材料，如矿物油、绝缘纸、各种有机合成材料等，容易在外界因素作用下发生老化。
电气设备是组成电力系统的基本元件，一旦失效，必将引起局部甚至广大地区的停电，造成巨大的经济损失和社会影响。
“监测”一词的含义是为了特殊的目的而进行的注视、观察与校核。
设备的状态监测是利用各种传感器和测量手段对反映设备运行状态的物理、化学量进行检测，其目的是为了判明设备是否处于正常状态。
“诊断”一词原是一医学名词，指医生对收集到的病人症状（包括医生的感观所感觉到的、病人自身主观陈述以及各种化验检测所得到的结果）进行分析处理、寻求患者的病因、了解疾病的严重程度及制订治疗措施与方案的过程。
设备的“故障诊断”借用了上述概念，其含义是指这样的过程：专家根据状态监测所得到的各测量值及其运算处理结果所提供的信息，采用所掌握的关于设备的知识和经验，进行推理判断，找出设备故障的类型、部位及严重程度，从而提出对设备的维修处理建议。
简言之，“状态监测”是特征量的收集过程，而“故障诊断”是特征量收集后的分析判断过程。
广义而言，“诊断”的含义概括了“状态监测”和“故障诊断”：前者是“诊”；后者是“断”。
1.2 状态监测与故障诊断技术的意义电气设备特别是大型高压设备发生突发性停电事故，会造成巨大的经济损失和不良的社会影响。
提高电气设备的可靠性，一种办法是提高设备的质量，选用优质材料及先进工艺，优化设计，合理选择设计裕度，力求在工作寿命内不发生故障。
但这样会导致制造成本增加。
此外，设备在运行中，总会逐渐老化，而大型设备不可能象一次性工具那“用过即丢”。
因此，另一方面，必须对设备进行必要的检查和维修，这构成了电力运行部门的重要工作内容。
早期是对设备使用直到发生故障，然后维修，称为事故维修。
故障诊断与状态监测
详细描述
基于信号处理的故障诊断方法是一种实时监 测和诊断技术，它通过采集设备运行过程中 的各种信号，如振动、声音、温度等，利用 信号处理和分析技术，提取出反映设备状态 的参数和特征，识别出异常模式，判断设备 的运行状态和潜在故障。
03
状态监测技术
振动监测技术
总结词
通过监测设备或结构的振动情况，分析其振 动特征，判断设备或结构的运行状态。
故障树分析
总结词
通过构建故障树，分析系统故障的成因和相互关联，找出导致系统故障的关键因素。
详细描述
故障树分析是一种自上而下的逻辑分析方法，通过构建故障树，将系统故障的成因逐级展开，分析各 因素之间的逻辑关系，找出导致系统故障的关键因素，为改进设计和降低故障概率提供依据。
故障诊断专家系统
总结词
利用专家知识和推理规则进行故障诊断，提供专业化的故障解决方案。
复杂系统与多源异构数据的集成处理
复杂系统
随着工业设备的复杂度增加，故 障诊断与状态监测需要处理来自 不同系统、不同部件的多源异构 数据。
数据集成
为了全面分析设备的运行状态， 需要将不同来源、不同格式的数 据进行集成，形成统一的数据视 图。
数据处理方法
针对多源异构数据的特性，需要 发展新的数据处理方法，包括数 据清洗、融合、转换等，以提取 有价值的信息。
故障诊断与状态监测技术的发展历程
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
初步探索阶段
20世纪50年代以前， 主要依靠人工观察和经 验判断，缺乏科学依据 和技术手段。
初步发展阶段
20世纪50年代至70年 代，开始出现简单的振 动和温度监测技术，初 步形成了基于信号处理 和模式识别的故障诊断
故障诊断与状态监测
维修费用化了多少？ 维修费用化了多少？
• 美国1980年税收总额 $7500亿，维修费为 $2460亿, 估计其中过剩维修费为 $750亿。 • 我国1987年国营公交企业40万个，固定资产￥7000亿, 维修费约为固定资产的 3～5％。 • 我国2002年规模以上企业共有固定资产￥8800万亿， 维修费有多少？能节省多少？
强 迫 振 动 类 故
松 动 转子内阻
自
正进动
激 振 动 类
正进动
内腔积液
正进动
正进动
故 障
障
齿轮故障
径向摩擦
反进动
滚动轴承
轴向摩擦
R: 转动频率
转子不平衡故障的频谱
TO TI
轴向很小
透平
齿轮箱 风机
1X频率(铅垂) 1X频率(水平)
波形为简谐波，少毛刺。 轴心轨迹为圆或椭圆。
轴向很小
1X频率为主。
微积分
选频网络
传感器
灵敏度 调节
电池
数据采集器的外形 和工作框图
电 池 放 大
数据采集器 时 钟 管理环节 显 示 贮 口 存 接
屏 幕 计算机 打印机 软件 存贮器 计算机及外部设备
数据采集器的工作流程
新开巡检组 组 态 打印 增减巡检组 增减设备和测点 更改测量参数 组态表 主 巡检准备 输入组态信息 清除内存 数据比较 频谱分析 轨迹分析 趋势分析和 趋势分析 调用存储数据 谱趋势分析 显示和打印 校对时钟 巡检报表 频谱图 轨迹图 显示和打印 出发巡检 定巡检路线 定设备和测点 定测量参数
简易诊断和精密诊断
状态监测（简易诊断） 状态监测（简易诊断）
内容：
识别有无故障 明确故障严重程度 作出故障趋势分析
电气设备的状态监测与故障诊断
电气设备的状态监测与故障诊断随着电气设备在各行各业的广泛应用，电气设备的状态监测与故障诊断变得尤为重要。
它不仅可以提高设备的可靠性和安全性，还能降低维修成本，延长设备的使用寿命。
本文将从监测技术的发展、故障诊断的方法以及未来的发展方向等方面探讨电气设备的状态监测与故障诊断。
一、监测技术的发展近年来，随着传感器技术的进步和数据通信技术的发展，电气设备的状态监测技术取得了长足的进步。
传统的监测方法主要是通过人工巡检，无法及时准确地获取设备状态信息，且容易漏检。
而现在，通过各种传感器可以实时监测设备的电流、电压、温度、振动等参数，从而及时发现异常信号。
例如，电气设备的温度是其正常运行的重要指标之一。
传统的温度监测需要工作人员定期使用温度计测量设备的温度。
而现在，可以通过温度传感器实时采集设备的温度，并将数据传输到中央监控系统进行分析。
当设备温度异常时，监控系统会自动报警，提醒工作人员进行检修，从而避免设备由于过热而引起的故障。
二、故障诊断的方法电气设备的故障诊断是指通过对设备的状态监测数据进行分析，判断设备是否存在故障，并找出故障的原因和位置。
目前，常见的故障诊断方法有基于规则的诊断和基于模型的诊断。
基于规则的诊断方法是通过建立故障的规则库，将设备状态监测数据与规则进行匹配，从而判断设备是否存在故障。
这种方法在一些简单的故障诊断中比较常用，但是由于无法考虑到各种复杂的因素，对于一些复杂的故障诊断往往效果不佳。
而基于模型的诊断方法是通过建立设备的数学模型，将设备状态监测数据与模型进行比较，从而找出设备故障的原因和位置。
这种方法可以考虑到设备的复杂因素，并能提供更精确的故障诊断结果。
但是，建立模型需要花费较大的人力和物力，且模型的准确性对诊断结果有很大影响。
三、未来的发展方向随着人工智能技术的不断发展和应用，电气设备的状态监测与故障诊断将迎来新的发展机遇。
目前，人工智能技术已经在一些大型电力设备和机械设备的状态监测与故障诊断中得到应用。
电气设备状态监测与故障诊断技术
电气设备状态监测与故障诊断技术1 前言1.1 状态监测与故障诊断技术的含义电气设备在运行中受到电、热、机械、环境等各种因素的作用，其性能逐渐劣化，最终导致故障。
特别是电气设备中的绝缘介质，大多为有机材料，如矿物油、绝缘纸、各种有机合成材料等，容易在外界因素作用下发生老化。
电气设备是组成电力系统的基本元件，一旦失效，必将引起局部甚至广大地区的停电，造成巨大的经济损失和社会影响。
“监测”一词的含义是为了特殊的目的而进行的注视、观察与校核。
设备的状态监测是利用各种传感器和测量手段对反映设备运行状态的物理、化学量进行检测，其目的是为了判明设备是否处于正常状态。
“诊断”一词原是一医学名词，指医生对收集到的病人症状（包括医生的感观所感觉到的、病人自身主观陈述以及各种化验检测所得到的结果）进行分析处理、寻求患者的病因、了解疾病的严重程度及制订治疗措施与方案的过程。
设备的“故障诊断”借用了上述概念，其含义是指这样的过程：专家根据状态监测所得到的各测量值及其运算处理结果所提供的信息，采用所掌握的关于设备的知识和经验，进行推理判断，找出设备故障的类型、部位及严重程度，从而提出对设备的维修处理建议。
简言之，“状态监测”是特征量的收集过程，而“故障诊断”是特征量收集后的分析判断过程。
广义而言，“诊断”的含义概括了“状态监测”和“故障诊断”：前者是“诊”；后者是“断”。
1.2 状态监测与故障诊断技术的意义电气设备特别是大型高压设备发生突发性停电事故，会造成巨大的经济损失和不良的社会影响。
提高电气设备的可靠性，一种办法是提高设备的质量，选用优质材料及先进工艺，优化设计，合理选择设计裕度，力求在工作寿命内不发生故障。
但这样会导致制造成本增加。
此外，设备在运行中，总会逐渐老化，而大型设备不可能象一次性工具那“用过即丢”。
因此，另一方面，必须对设备进行必要的检查和维修，这构成了电力运行部门的重要工作内容。
早期是对设备使用直到发生故障，然后维修，称为事故维修。
设备状态检测与故障诊断解说词
设备状态检测与故障诊断解说词尊敬的观众们，大家好！今天，我将为大家介绍设备状态检测与故障诊断的相关知识。
设备状态检测与故障诊断是一项重要的技术，它能够帮助我们及时发现设备的异常状态，减少故障发生的可能性，提高设备的可靠性和工作效率。
设备状态检测是通过对设备进行实时监测和分析，了解设备的工作状态是否正常。
我们可以通过监测设备的温度、振动、电流等参数来判断设备是否处于正常工作状态。
如果设备的温度异常升高，或者振动频率异常增大，那么就可能存在设备故障的风险。
通过及时检测和分析这些指标，我们可以提前采取措施，避免设备故障带来的不良影响。
故障诊断是在设备发生故障时，通过分析故障现象和相关数据，找出故障的原因和位置。
故障诊断需要借助专业的工具和技术，比如红外热像仪、振动分析仪等。
通过这些设备，我们可以对设备进行全面的检测和分析，找出故障的根本原因，以便进行及时修复和维护。
在设备状态检测与故障诊断过程中，我们还需要注意一些关键问题。
首先是数据采集的准确性和及时性，只有准确和及时地采集到设备的状态数据，我们才能更好地判断设备是否正常工作。
其次是数据分析的精确性和有效性，只有通过准确的数据分析，我们才能找出故障的原因和位置，做出正确的处理决策。
设备状态检测与故障诊断技术的应用非常广泛。
它不仅可以应用在工业设备上，还可以应用在交通运输、能源、医疗等领域。
通过设备状态检测与故障诊断，我们可以提高设备的可靠性和安全性，降低故障的发生率，为各行各业的生产和运营提供有力的保障。
设备状态检测与故障诊断是一项关键的技术，它可以帮助我们及时发现设备的异常状态，减少故障发生的可能性。
通过准确的数据采集和分析，我们可以找出故障的原因和位置，做出正确的处理决策。
设备状态检测与故障诊断的应用范围广泛，对于提高设备的可靠性和安全性具有重要意义。
让我们共同努力，将设备状态检测与故障诊断技术应用到实际生产和生活中，为社会发展和进步贡献力量！谢谢大家！。
电气设备的状态监测与故障诊断
电气设备的状态监测与故障诊断随着电气设备应用范围的不断扩大，设备的运行状态及故障诊断成为了一个重要的研究方向。
电气设备状态监测与故障诊断技术不仅对于设备的运行效率和安全性具有重要意义，也能够节约维护成本和提高设备寿命。
本文将分别从状态监测和故障诊断两个方面进行探讨。
一、电气设备状态监测电气设备的状态监测是指通过各种手段对电气设备的运行状态进行实时监测和评估，在设备状态变化前提前发现问题，从而及时进行维护和修复，保证设备的正常运行并延长设备的使用寿命。
电气设备状态监测需要实现对三大工业环节的全面监测，即设备的运行情况、气体感应情况以及机械振动情况。
1. 设备运行情况设备运行情况是通过监测设备的电流、电压、功率、温度等参数，分析设备发生故障的原因和位置，并提供预警信息。
现在大多数电气设备的运行数据都可以通过物联网的方式实时上传到云端，通过云端分析和处理的方式对设备进行监测。
2. 气体感应情况气体感应情况是指通过对变电设备中气体成分及其变化情况进行监测，判断设备的状态，从而提前发现电气设备可能存在的故障。
目前，常用的气体监测方法主要有红外吸收法、色谱法等，其中红外吸收法是目前最为常用的方法之一。
3. 机械振动情况机械振动情况是指通过对设备振动信号的分析和处理，判断设备是否存在故障或者要发生故障。
监测机械振动需要使用专业的振动传感器和数据采集系统。
二、电气设备故障诊断电气设备故障诊断是指在设备发生故障时，通过对设备进行分析和处理，找出故障原因，并进行修复，从而恢复设备正常运行状态。
电气设备故障诊断具有以下几个方面的内容。
1. 故障预测故障预测是在设备运行中，通过对设备的故障危险程度进行评估，提前预测可能会发生故障的设备，并提供相应的措施来避免设备故障。
故障预测需要通过设备运行数据的统计分析和数据挖掘算法实现。
2. 故障定位设备遭受故障时，需要对故障进行定位，找出故障点，并进行修复，以保证设备的正常运行。
故障诊断与状态监测
声发射监测技术具有非接触 性、实时性等优点。
详细描述
声发射监测技术可以通过传 感器非接触地采集声音信号， 实时监测结构的声发射事件， 并通过数据采集和分析系统 进行远程监测和诊断。
红外监测技术
总结词
红外监测技术通过测量物体或结构的红外辐射来评估其运行状态。
详细描述
红外监测技术广泛应用于电力设备、化工设备、航空航天等领域，可以检测出设备的过 热、泄漏等情况，通过分析红外辐射的特征，可以判断设备的故障类型和严重程度。
故障诊断与状态监测
目录
• 故障诊断与状态监测概述 • 故障诊断技术与方法 • 状态监测技术与应用 • 故障诊断与状态监测的挑战与未来发展 • 案例分析与实践
01
故障诊断与状态监测概 述
定义与目的
定义
故障诊断与状态监测是针对设备或系统的运行状态进行检测、评估和预测的技 术，旨在及时发现潜在故障、分析故障原因，并采取相应的措施进行维修和预 防。
详细描述
油液监测技术可以直接检测润滑 油或液压油的性能和状态，通过 定期取样和分析，可以实时了解 机械设备的润滑和液压系统的工 作状态，及时发现潜在的故障和 问题。
声发射监测技术
总结词
声发射监测技术通过采集和 分析物体或结构在受力时发 出的声音信号来评估其运行 状态。
详细描述
总结词
声发射监测技术广泛应用于 压力容器、管道、桥梁等结 构的监测，可以检测出结构 的裂纹、腐蚀、疲劳等情况， 通过分析声发射信号的特征， 可以判断结构的损伤程度和 故障类型。
故障诊断的准确性与实时性要点一 Nhomakorabea总结词
要点二
详细描述
故障诊断的准确性和实时性是关键，需要不断提高诊断算 法的精度和响应速度，以满足工业应用的需求。
设备状态检测与故障诊断
• 设备状态监测的对象一般以重点设备为主。 目前，设备状态监测方法主要有两种：
•(1)由维修人员凭感官和普通测量仪，对设备的技 术状态进行检查、判断，这是目前在 机械设备监 测中最普遍采用的一种简易监测方法。 (2)利用各种监测仪器，对整体设备或其关键部位 进行定期、间断或连续监测，以获得技术状态的 图像、参数等确切信息，这是一种能精确测定劣 化和故障信息的方法。
设备状态检测与故障诊 断
2020/12/8
设备状态检测与故障诊断
一、设备状态监测与诊断技术
的基本概念
设备状态监测，是指用人工或专用的 仪器工具，按照规定的监测点进行间断 或连续的监测，掌握设备运行所处于的 状态，有压力、流量、温度、振动与噪 声等等。所谓的设备诊断技术，是指在 设备运行中或基本不拆卸的情况下，根 据设备的运行技术状态，判断故障的部 位和原因，并预测设备今后的技术状态 变化。
a、 生产设备关键性（A类）指大型、高速、检修费用昂贵，采用在 线监测系统、连续检测（投入费用较大）
b、 重要性生产设备（B类）采用离线状态监测仪器，配置便携式简 易或精密检测分析仪器（数采），定期采集数据进行分析，（投 入费用是可以接受的）
c、 一般性生产设备（C类）采用离线简易检测仪器，定一个标准来 进行评判，也是比较普遍采用的一种常规做法。投入费用低，易 掌握，便于普及。
设备状态检测与故障诊断
B： “定人”
设备状态检测，一般都采用离线数据采集 器，因此数据的真实性，在很大程度上也取决 于检测人员的综合素质，从事该工作应该有比 较强的责任心，因为离线检测仪器的传感器与 被检测的设备是分离的，其位置发生改变，得 到的数据会有很大区别，为了保证分析结果的 可信度，数据检测应该由“专人”负责，即 “定人”。
状态监测和故障诊断知识
强 迫 振 动 类 故 障
不对中 磁拉力 不平衡 松 动
正进动
自 激 振 动 故 障
齿轮故障
反进动
滚动轴承
R: 转动频率
转子不平衡故障的频谱
TO TI
轴向很小
透平
齿轮箱
风机
1X频率(铅垂) 1X频率(水平) 轴向很小
• 波形为简谐波，少毛刺。
• 轴心轨迹为圆或椭圆。 • 1X频率为主。
• 轴向振动不大。
• 并预测、预报设备未来的状态。
是防止事故和计划外停机的有效手段。 是预知维修的基础，是设备维修的发展方向。
简易诊断和精密诊断
状态监测（简易诊断） 故障诊断（精密诊断） 内容： 内容：
• 识别有无故障 • 明确故障严重程度 • 作出故障趋势分析 由设备维修人员在现场进行
确定故障部位 确定故障原因 提出维修建议
仪器选用原则：
被监测对象在生产中的地
位
生产的规模和产量
预计的投资
设备管理人员的水平和素 质
监测和诊断仪器的分类和功能
振动监测系统的分类和选择
设备 类型 损坏后果 推荐监测手段 主 要 功 能 振动幅值、频谱的连续监测 数据存储、数据比较，数据文件管理 趋势分析、谱趋势分析 启、停车等瞬态过程数据收集 超限报警、保护，事故记忆 故障诊断，人工智能，联网，远程等 振动幅值的连续监测 超限报警、保护 数据存储、比较，趋势分析 振动幅值、频谱的周期采集 数据存储和管理 数据比较，趋势分析 振动幅值的采集 简单的频率分析
由设备诊断人员在现场或诊 断中心进行
监测和诊断的各种手段
★ ★
振动：适用于旋转机械、往复机械、轴承、齿轮等。 温度（红外）：适用于工业炉窑、热力机械、电机、电器等。
机械设备状态检测与故障诊断
机械设备状态检测与故障诊断1.简述设备故障诊断的目的和任务答：目的：①能及时的、正确的对各种异常状态或故障状态作出诊断，预防或消除故障，对设备的运行进行必要的指导，提高设备的可靠性、安全性和有效性，把故障降低到最低水平②保证设备发挥最大的设计压力③通过检测监视、故障分析、性能评估等，为设备结构改造、优化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息任务：①状态监测②故障诊断③指导设备的管理维修2.简述设备故障诊断技术的定义、内容、类型和方法答：定义：在设备运行中或基本不拆卸设备的情况下，掌握设备的运行状况，判定产生故障的部位和原因，以及预测预报设备状态的技术内容：设备故障诊断的内容包括状态监测、分析诊断和故障预测三方面，实施过程为信号采集、信号处理、状态识别、诊断决策四方面类型：①按诊断对象分类：旋转机械诊断技术、往复机械诊断技术、工程结构诊断技术、运载器和装置诊断技术、通信系统诊断技术、工艺流程诊断技术②按诊断目的分类：功能诊断与运行诊断、定期诊断与连续诊断、直接诊断与间接诊断、常规工况与特殊工况诊断、在线诊断和离线诊断③按诊断方法完善程度分类：简易诊断、精密诊断技术方法：①传统方法：利用各种物理和化学的原理和手段，通过伴随故障出现的各种物理和化学现象直接检测故障；利用故障所对应的征兆来诊断②智能诊断：在传统诊断方法的基础上，将人工智能的理论的方法用于故障诊断③模式识别、概率统计、模糊数学、可靠性分析和故障树分析、神经网络、小波变换、分析几何等数学分支在故障诊断中应用3.机械设备故障的信息获取和检测方法有哪些？答：获取方法：直接观测法、参数测定法、磨损残渣测定法、设备性能指标的测定检测方法：①振动和噪声的故障检测：振动法、特征分析法、模态识别与参数识别法、冲击能量与冲击脉冲测定法、声学法②材料裂纹及缺陷损伤的故障检测：超声波探伤法、射线探伤法、渗透探伤法、磁粉探伤法、涡流探伤法、激光全息检测法、微波检测技术、声发射技术③设备零部件材料的磨损及腐蚀故障检测：光纤内窥技术、油液分析技术④温度、压力、流量变化引起的故障检测4.简述振动检测和诊断系统的组成和原理，说明其区别答：振动检测系统：信息输入-数据预处理-数据变换和压缩-特征提取-状态分类-{①显示、打印、绘图、储存②判断与决策-报警、审核、维修}诊断系统：激振器-被诊断对象-传感器-二次仪表-{①磁带记录仪②分析仪③数据采集、记录和存储器}-故障诊断系统5.测振传感器有哪些类型？简述其工作原理。
状态监测与故障诊断技术
第一节 故障诊断的基础知识（掌握）
一、故障的分类 1．按故障的性质分类 （1）人为故障 （2）自然故障 2．按故障产生的原因分类 （1）先天性故障 （2）使用性故障 3．按故障发展速度分类 （1）突发性故障 （2）渐进性故障
• （1）故障的危害程度增大。一旦某一部件发生故障，就 可能引起“链式反应”，导致整个生产系统不能正常运行， 从而造成巨大的经济损失，严重的设备故障还会造成灾难 性的事故和人员伤亡，产生不良的社会影响。例如，20世 纪80年代，对全国14个省45个矿务局112个矿井抽样调查， 因矿井提升机发生故障引起停工停产，甚至造成人员伤亡 的事故，共有126例，伤亡272人，经济损失达七千万元。
表1-1 故障诊断方法分类
分类依据 诊断对象
诊断目的和要求
诊断手段（信号物理特性）
分类内容
①旋转机械故障诊断 ②往复机械故障诊断 ③机械零件故障诊断 ④工程结构故障诊断 ⑤电气设备故障诊断
①在线诊断和离线诊断 ②功能诊断和运行诊断 ③定期诊断和连续诊断 ④直接诊断和间接诊断 ⑤常规诊断和特殊诊断
①振动诊断 ②声学诊断 ③温度诊断 ④强度诊断 ⑤污染诊断
1.国外故障诊断发展概况
设备的故障诊断自有工业生产以来就已经存在，不同的 时期故障诊断具有不同的特点。
在19世纪，设备的技术水平和复杂程度都很低，这一时 期主要采用事后维修方式；
进入20世纪后，设备的技术复杂程度有了提高，设备故 障或事故对 生产的影响显著增加，这样就出现了定期预防维 修方式，故障诊断技术处于孕育时期。故障诊断主要依靠人 工经验判断，缺乏自动监测技术。
故障诊断与监测功能
故障诊断与监测功能故障诊断与监测功能是指在某一系统、设备或程序中，能够自动地发现和识别可能的故障，并且能够监测系统的运行状况，提供实时的状态信息以便及时处理。
以下是故障诊断与监测功能的详细内容：1. 故障诊断能力：系统应具备自动诊断故障的能力，可以根据系统的硬件、软件和网络环境等相关信息，判断和诊断故障的类型、原因和位置。
通过故障诊断功能，可以提高故障的定位和修复速度，减少系统停机时间。
2. 实时监测功能：系统应具备实时监测功能，能够对系统的各项指标进行实时监控，比如系统的各个节点的运行状态、硬件和软件资源的利用情况、网络连接的质量等。
通过实时监测功能，可以及时发现系统中出现的异常情况，并采取相应的措施进行调整或修复。
3. 故障预警能力：除了实时监测，系统还应具备故障预警的能力。
通过对历史数据的分析和对系统运行状况的评估，系统可以提前预判可能出现的故障，并发出预警信息。
故障预警功能可以帮助用户提前做好准备工作，减少故障带来的损失。
4. 数据记录与分析功能：故障诊断与监测功能应具备数据记录与分析的能力。
系统应能够记录各个节点的运行数据，包括运行状态、CPU利用率、内存使用情况等。
通过对这些数据的分析，可以发现潜在的问题和薄弱环节，并及时采取相应的措施进行优化或加固。
5. 告警和报警功能：系统中出现故障时，应具备告警和报警功能。
可以通过邮件、短信、声音等方式，向相关人员发送警告信息，以便及时采取措施解决问题。
告警和报警功能可以提高故障管理的效率，减少故障对系统运行的影响。
6. 故障日志记录功能：系统应能够自动记录故障发生的时间、故障现象、处理过程和结果等信息，形成故障日志。
故障日志可以帮助用户了解故障的发生和处理情况，以及对系统进行故障分析和优化。
7. 状态监视和远程管理功能：系统应能够通过网络监视和管理系统的运行状态。
可以通过远程登录系统，实时查看系统的各项指标和运行状态，并进行必要的设置和操作。
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90度布置的 两涡流传感器 键相传感器
径向瓦温 传感器
前置器 双通道轴位表 推力瓦温表 双通道轴振表 键相信号
径向瓦温表 报警信号输出
计算机化的监测系统框图
监测仪表
适调
切换
装置
A/D 变换器
屏 幕 计算机 打印机 软件 存贮器
放大
来自传感器
最简单的计算机化监测系统。
1X频率(铅垂)
1X频率(水平)
过临界转速有共振峰。
转子不平衡的类型
不平衡类型 质量不平衡 初始弯曲 热弯曲 部件位移或脱落 部件结垢 联轴器不平衡 低速晃动小 低速晃动大 振动随负荷增大，但有滞后 振动阶跃增加，然后稳定 特 征 消除措施 平衡 静态校直 低速盘车 停车检查
振动缓慢增加，轴向振动和轴 清垢 向推力增大，机器效率降低 相邻轴承振动大，相位相同 平衡
三峡2号水轮机组700MW 停机4小时损失￥400万元
先进维修制度的作用
保证机器精度，提高产品质量 减少意外停车引起的生产损失
防止事故，杜绝灾难性故障
减少维修时间和维修费用（人力和财力）
改善环境，改善企业形象
投资获得最大和最长远的回报
国家有关的条例摘录
逐步采用现代故障诊断和状态监测技术，发展以
分析
尚 可
决策
定期检测 缩小故障范围
状态监测和故障诊断的作用
监测与保护
监测机器工作状态。发现故障及时报警，并隔离故障。
分析与诊断
判断故障性质、程度和部位。分析故障原因。
处理与预防
给出消除故障的措施。防止发生同类故障。
设备维修制度的发展
事后维修，故障维修
设备坏了后才去修理。
(Break down)
综合不对中 e 0, 0
不同联轴节的情况
联轴节类型 刚性联轴节 不对中形式 平行不对中 角度不对中 振动特征 有2X成分 轴向振动1X成分大 轴向振动大，有2X及高次谐波 径向振动可能有2X、3X、4X… 联轴节两侧振动的相位常相反 有nX 成分（n为螺钉数）
齿式联轴节
膜片联轴节
转子系统松动故障的频谱
优点
减少非计划停机损失。 维修时间间隔可以延长。 维修费用大为减少。 备件库存最小。 需要初始投资。 需学习和培训。
缺点
不同制度的维修成本的比较
大型钢铁企业
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
ÊÊÊÊ ó ¨ ÊÊÊÊ ¤ ÊÊÊÊ
维修费用化了多少？
• 美国1980年税收总额 $7500亿，维修费为 $2460亿,
强 迫 振 动 类 故 障
不对中 磁拉力 不平衡 松 动
转子内阻
正进动
自 激 振 动 类 故 障
齿轮故障
径向摩擦
反进动
滚动轴承
轴向摩擦
R: 转动频率
转子不平衡故障的频谱
TO TI
轴向很小
透平
齿轮箱 风机
1X频率(铅垂) 1X频率(水平) 轴向很小
波形为简谐波，少毛刺。
轴心轨迹为圆或椭圆。 1X频率为主。 轴向振动不大。 振幅随转速升高而增大。
转动机械常见故障的频率特征
故障名称 不平衡 热弯曲 频率特征 1×R 1×R 2×R 2N×R N 为磁极对数 1×R, 2×R 等 也 有 1.5 × R, 2.5×R 等 啮合频率等于 齿数×R ， 边带频率… 外环故障… 内环故障… 滚珠故障… 转动特征 同步正进动 同步正进动 正进动 正进动 故障名称 油膜涡动 油膜振荡 气隙振荡 内腔积液 频率特征 (0.4~0.49)×R 等于 低 阶 固 有 频率 等于 低 阶 固 有 频率 失稳前 0.5×R 失稳 后 为 低 阶 固有频率 失稳前 0.5×R 失稳 后 为 低 阶 固有频率 失稳 前 小 于 低 阶固有频率 失稳 后 等 于 低 阶固有频率 失稳 前 小 于 低 阶固有频率 失稳 后 等 于 低 阶固有频率 转动特征 正进动 正进动 正进动 正进动
转子不对中故障的频谱
MO
MI PI PO
2X 频率
电机
水泵
1X 频率
出现 2X 频率成分。 轴心轨迹成香蕉形或8 字形。 轴向振动一般较大。 本例中，出现叶片通过 频率。
叶片通 过频率
转子不对中的类型
正确对中 e = 0, = 0
平行不对中 e 0, = 0
角度不对中 e = 0, 0
状态监测为基础的预知维修体制。
1983年国家经委《国营公交设备管理试行条例》
企业应当积极采用先进的设备管理方法和维修技
术，采用以设备状态监测为基础的设备维修方法， 不断提高设备管理和维修技术的现代化水平。
1987年国务院《全民所用制公交设备管理条例》
监测和诊断的各种手段
★ 振动：适用于旋转机械、往复机械、轴承、齿轮等。
频谱趋势分析
报警值和危险值的确定
什么是状态监测和故障诊断？
在设备运行中或在基本不拆卸的情况下， 通过各种手段，掌握设备运行状态，
判定产生故障的部位和原因，
并预测、预报设备未来的状态。 是防止事故和计划外停机的有效手段。
是设备维修的发展方向。
简易诊断和精密诊断
状态监测（简易诊断）
内容：
倒频谱分析法 模态分析法 随机减量法
• 小波分析法
• 灰色系统法 • 分形几何法
精密诊断最常用的方法
频谱分析法
每种故障有其对应的特征频率。 据此确定机器的故障性质和严重程度。
趋势分析法、频谱趋势分析法
根据劣化曲线，振动的通频幅值(特征频率幅值) 随故障的发展而增大。 据此监视机器的健康状态，并推测其寿命。
定期维修，预防维修
定期地检查和大修。
(Preventive)
预测维修，视情维修
(Predictive)
周期的监测，必要时才去维修。
事后维修体制
定义
设备运行到坏了再进行修理。
优点
不需要安排计划。 对一些设备，更换比修理更便宜。 意外停机引起生产损失。 可能引起设备的二次损坏，甚至 灾难性事故。 库存备件投资多。
关键 设备
完全停产 ~100%
计算机化 的 监测系统
数十万元 以上
重要 设备 一般 设备
部分停产 50~100% 部分停产 或不停产 0~50%
表盘式的 监测系统 数据 采集器 便携 测振表
几万～ 数十万元 几万元 几千元
测振表的外形和原理框图
输入
阻抗变换 前置放大 交流输出 主放大 灵敏度 调节 直流输出 检波 指示
主 菜 单
巡检准备
输入组态信息
清除内存
数据比较
校对时钟
巡检报表
出发巡检
数据处理
下载数据
频谱分析
轨迹分析
频谱图
轨迹图 显示和打印
显示和打印
趋势分析
调用存储数据
趋势分析和
谱趋势分析
典型的表盘式监测系统
水泵的监测系统
振动传感器在瓦盖上
双通道振动表 推力瓦位和瓦温表
典型的表盘式监测系统
离心压缩机 监测系统
1 d (1 cos ) R 2 D
节圆直径 滚珠直径 接触角 滚珠数 轴的转速频率
保持架碰外环
f
保持架碰内环
f 1 d (1 cos ) R 2 D
滚动轴承故障的频谱
PI
PO
1X 2X 频率 故障基本 频率6.71X
电机
离心泵
轴承每一种零件有其 特殊的故障频率。 随着故障发展，它的 幅值增加，并有谐波； 谐波两边产生边频。 还可用非频率域的诊 断方法，如共振解调。
传感器
微积分
选频网络
电池
数据采集器的外形 和工作框图
数据采集器 电 池 放 大 管理环节 显 示 存 贮 时 钟 接 口
传 感 器
屏 幕
计算机 打印机 存贮器 软件
计算机及外部设备
数据采集器的工作流程
新开巡检组 组 态 增减巡检组 增减设备和测点 更改测量参数 定巡检路线 定设备和测点 定测量参数 打印 组态表
基本频率的 四个谐波
带滚动轴承的机械的频谱特点
3.5
3.0 Velocity in mm/s pk
不平衡
不对中
2.5
2.0
松动
滚动轴承故障频率
1.5
1.0
0.5
0
0
5
10
15
20 25 30 35 40 45 50×R Frequency in order
滚动轴承故障的特征频率
外环故障频率
f z d (1 cos ) R 2 D
d D
D— d — — z — R —
内环故障频率
f z d (1 cos ) R 2 D
滚珠故障频率
f D d 1 ( ) 2 cos2 R d D
估计其中过剩维修费为 $750亿。
• 我国1987年国营公交企业40万个，固定资产￥7000亿,
维修费约为固定资产的 3～5％。
• 我国2002年规模以上企业共有固定资产￥8800万亿，
维修费有多少？能节省多少？
停产一天的损失有多大？
300MW发电机组 损失电720万kWh，约￥144万元
30万吨化肥装置 损失化肥1000t， 约￥150万元
PI PO